专利名称：对电变换器非线性的补偿的制作方法
技术领域：
这里所述主题的实施例总体上涉及机动车中的电气系统，并且更特别地，主题的实施例涉及带有电流隔离的双向能量输送系统。
背景技术：
矩阵变换器可以在电动和/或混合动力车辆中用于在较宽的工作电压范围内适应较高电力的输送，但是同时获得电流隔离、较高功率因数、低的谐波畸变、较高功率密度和低成本。例如，双向隔离矩阵变换器可以用来从交流电(AC)能源例如大多数住宅和商业建筑中常见的单相网电输送能量对直流电(DC)储能元件例如车辆中的可充电电池充电。然而，可归因于矩阵变换器部件例如晶体管开关或二极管的非线性功率损耗可能限制现有控制策略的准确性和有效性。
发明内容
根据一个实施例，提供一种电气系统。该电气系统包括输入接口、输出接口、连接在该输入接口与该输出接口之间的能量转换模块、电串联连接在该输入接口与该能量转换模块之间的感应元件以及连接到该能量转换模块和该感应元件的控制模块。该能量转换模块包括一个或多个开关元件。该控制模块构造成确定用于操纵能量转换模块的补偿占空度控制值以在该输出接口处产生期望电压并且以受该补偿占空度控制值影响的占空度操纵能量转换模块的开关元件以输送能量给输出接口。该补偿占空度控制值受通过该感应元件的电流的影响并且考虑操纵能量转换模块时一个或多个开关元件两端的电压。根据另一实施例，提供一种方法，用于使用能量转换模块从输入接口输送能量到输出接口。该能量转换模块连接在该输入接口与该输出接口之间并且包括与感应元件相连的多个开关元件。该方法包括的步骤有，获得该输出接口处的测定电压、获得通过该感应元件的电流、基于通过该感应元件的电流确定该能量转换模块的估计电压损耗以及把该测定电压和该估计电压损耗相加以获得补偿输出电压。该方法继续确定用于在该输出接口处产生期望输出电压的输入电压基准、以受该输入电压基准和该补偿输出电压影响的方式确定补偿占空度控制值以及以受该补偿占空度控制值影响的占空度操纵该多个开关元件以从该输入接口输送能量到该输出接口。在另一实施例中，提供一种电气系统。该电气系统包括DC接口、交流电(AC)接口、具有磁性地与第二组绕组相连的第一组绕组的隔离模块、连在该DC接口与该第一组绕组之间的第一能量转换模块、与该第二组绕组相连的第二能量转换模块、连在该第二能量转换模块与该AC接口之间的感应元件以及与该DC接口、该AC接口、该感应元件和该第二能量转换模块相连的控制模块。该第二能量转换模块包括多个开关。该控制模块构造成基于该DC接口处的测定电压、通过该感应元件的测定电流和该AC接口处的测定电压确定用于在该DC接口处产生期望电压的输入电压基准。该控制模块还基于通过该感应元件的测定电流确定用于该第二能量转换模块的估计累积电压损耗并且把该DC接口处的测定电压和该估计累积电压损耗相加以获得补偿输出电压。该控制模块基于该输入电压基准和该补偿输出电压确定用于操纵该第一能量转换模块的补偿脉宽调制(PWM)占空度控制值，并且按照该补偿PWM占空度控制值操纵该第二能量转换模块的多个开关。本发明提供下列技术方案。技术方案1 一种电气系统，包括 输入接口 ；
输出接口 ；
连接在所述输入接口与所述输出接口之间的第一能量转换模块，所述第一能量转换模块包括一个或多个开关元件；
电串联连接在所述输入接口与所述第一能量转换模块之间的感应元件；以及连接到所述第一能量转换模块和所述感应元件的控制模块，其中，所述控制模块构造
成
确定用于操纵所述第一能量转换模块的补偿占空度控制值以在所述输出接口处产生期望电压，其中，所述补偿占空度控制值受通过所述感应元件的电流的影响并且考虑操纵所述第一能量转换模块时所述一个或多个开关元件两端的电压；并且
以受所述补偿占空度控制值影响的占空度操纵所述第一能量转换模块的所述一个或多个开关元件以输送能量给所述输出接口。技术方案2 如技术方案1所述的电气系统，其中，所述控制模块连接到所述输入接口和所述输出接口，并且构造成
获得所述输出接口处的测定输出电压；
基于所述测定输出电压确定用于操纵所述第一能量转换模块的输入电压基准以产生所述输出接口处的所述期望电压；
至少部分基于通过所述感应元件的电流调整所述测定输出电压以获得补偿输出电压；
以及
至少部分基于所述输入电压基准和所述补偿输出电压确定所述补偿占空度控制值。技术方案3 如技术方案2所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成在确定所述补偿占空度控制值之前至少部分基于通过所述感应元件的所述电流调整所述输入电压基准。技术方案4:如技术方案3所述的电气系统，其中
所述控制模块至少部分基于通过所述感应元件的所述电流调整所述输入电压基准以获得补偿输入电压基准；并且
所述控制模块构造成把所述补偿输入电压基准除以所述补偿输出电压以获得所述补偿占空度控制值。技术方案5 如技术方案2所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成
基于通过所述感应元件的所述电流确定所述第一能量转换模块的估计电压损耗；以及通过把所述估计电压损耗加到所述测定输出电压上而增大所述测定输出电压以获得所述补偿输出电压。技术方案6 如技术方案1所述的电气系统，还包括 连接到所述输出接口的第二能量转换模块；以及
连接在所述第一能量转换模块与所述第二能量转换模块之间的隔离模块，所述隔离模块在所述第一能量转换模块与所述第二能量转换模块之间提供电流隔离。技术方案7 如技术方案6所述的电气系统，其中，所述控制模块连接到所述输入接口和所述输出接口，并且构造成
获得所述输出接口处的测定输出电压；
基于通过所述感应元件的所述电流确定所述第一能量转换模块的估计电压损耗； 把所述估计电压损耗加到所述测定输出电压上以获得补偿输出电压； 基于所述测定输出电压确定用于操纵所述第一能量转换模块的输入电压基准以产生所述输出接口处的所述期望电压；以及
至少部分基于所述输入电压基准和所述补偿输出电压确定所述补偿占空度控制值。技术方案8 如技术方案7所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成
基于通过所述感应元件的所述电流确定所述第一能量转换模块的估计循环电压，所述估计循环电压可归因于操纵所述第一能量转换模块的所述一个或多个开关元件以循环能量通过所述感应元件；
从所述输入电压基准中减去所述估计循环电压以获得补偿输入电压基准；以及把所述补偿输入电压基准除以所述补偿输出电压以获得所述补偿占空度控制值。技术方案9 如技术方案8所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成通过下述确定所述估计电压损耗
基于通过所述感应元件的所述电流确定所述第一能量转换模块的估计能量输送电压， 所述估计能量输送电压可归因于操纵所述第一能量转换模块的所述一个或多个开关元件以输送能量给所述输出接口 ；以及
从所述估计能量输送电压中减去所述估计循环电压以获得所述估计电压损耗。技术方案10 如技术方案6所述的电气系统，其中，所述第一能量转换模块包括矩阵转换模块，该矩阵转换模块具有
第一节点； 第二节点； 第三节点； 第四节点；
连接在所述第一节点与所述第三节点之间的第一开关元件，所述第一开关元件构造成在合上所述第一开关元件时允许从所述第三节点到所述第一节点的电流；
连接在所述第一开关元件与所述第三节点之间的第二开关元件，所述第二开关元件构造成在合上所述第二开关元件时允许从所述第一节点到所述第三节点的电流；
连接在所述第一节点与所述第四节点之间的第三开关元件，所述第三开关元件构造成在合上所述第三开关元件时允许从所述第四节点到所述第一节点的电流；
连接在所述第三开关元件与所述第四节点之间的第四开关元件，所述第四开关元件构造成在合上所述第四开关元件时允许从所述第一节点到所述第四节点的电流；
连接在所述第二节点与所述第四节点之间的第五开关元件，所述第五开关元件构造成在合上所述第五开关元件时允许从所述第二节点到所述第四节点的电流；
连接在所述第五开关元件与所述第二节点之间的第六开关元件，所述第六开关元件构造成在合上所述第六开关元件时允许从所述第四节点到所述第二节点的电流；
连接在所述第二节点与所述第三节点之间的第七开关元件，所述第七开关元件构造成在合上所述第七开关元件时允许从所述第二节点到所述第三节点的电流；以及
连接在所述第七开关元件与所述第二节点之间的第八开关元件，所述第八开关元件构造成在合上所述第八开关元件时允许从所述第三节点到所述第二节点的电流。技术方案11 如技术方案10所述的电气系统，其中
所述感应元件电串联连接在所述矩阵转换模块的所述第一节点与所述输入接口的第一输入节点之间；
所述矩阵转换模块的所述第二节点连接到所述输入接口的第二输入节点； 所述隔离模块包括连接在所述第三节点与所述第四节点之间的第一组绕组和连接到所述第二能量转换模块的第二组绕组，所述第二组绕组磁性地耦合到所述第一组绕组；并且
所述控制模块构造成操纵所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件、 所述第四开关元件、所述第五开关元件、所述第六开关元件、所述第七开关元件和所述第八开关元件以按照对应于所述补偿占空度控制值的占空度输送能量给所述输出接口。技术方案12 —种方法，用于使用连接在输入接口与输出接口之间的能量转换模块从所述输入接口输送能量到所述输出接口，所述能量转换模块包括与感应元件相连的多个开关元件，所述方法包括
获得所述输出接口处的测定电压； 获得通过所述感应元件的电流；
基于通过所述感应元件的所述电流确定所述能量转换模块的估计电压损耗； 把所述测定电压和所述估计电压损耗相加以获得补偿输出电压； 确定用于在所述输出接口处产生期望输出电压的输入电压基准； 以受所述输入电压基准和所述补偿输出电压影响的方式确定补偿占空度控制值；以及按照受所述补偿占空度控制值影响的占空度操纵所述多个开关元件以从所述输入接口输送能量到所述输出接口。技术方案13 如技术方案12所述的方法，还包括
基于通过所述感应元件的所述电流确定所述能量转换模块的估计循环电压，所述估计循环电压至少部分基于操纵所述多个开关元件以循环能量通过所述感应元件时所述多个开关元件两端的电压；以及
从所述输入电压基准中减去所述估计循环电压以获得补偿输入电压基准，其中，确定所述补偿占空度控制值包括把所述补偿输入电压基准除以所述补偿输出电压。技术方案14 如技术方案13所述的方法，其中，所述能量转换模块包括多个二极管，每个二极管与所述多个开关元件的相应开关元件反并联配置，并且其中，确定所述估计循环电压包括确定操纵所述多个开关元件以循环能量通过所述感应元件时所述多个开关元件的子集两端的估计开关电压；
确定操纵所述多个开关元件以循环能量通过所述感应元件时所述多个二极管的子集两端的估计二极管电压；以及
把所述估计开关电压和所述估计二极管电压相加以获得所述估计循环电压。技术方案15 如技术方案13所述的方法，其中，确定所述估计电压损耗包括
基于通过所述感应元件的所述电流确定所述能量转换模块的估计能量输送电压，所述估计能量输送电压至少部分基于操纵所述多个开关元件以输送能量给所述输出接口时所述多个开关元件两端的估计电压；以及
从所述估计能量输送电压中减去所述估计循环电压以获得所述估计电压损耗。技术方案16 如技术方案15所述的方法，其中，所述能量转换模块包括多个二极管，每个二极管与所述多个开关元件的相应开关元件反并联配置，并且其中
确定所述估计循环电压包括
确定操纵所述多个开关元件以循环能量通过所述感应元件时导电开关元件两端的第一估计开关电压；
确定操纵所述多个开关元件以循环能量通过所述感应元件时导电二极管两端的第一估计二极管电压；以及
把所述第一估计开关电压和所述第一估计二极管电压相加以获得所述估计循环电压；
并且
确定所述估计能量输送电压包括
确定操纵所述多个开关元件以输送能量给所述输出接口时所述多个开关元件的导电开关元件两端的第二估计开关电压；
确定操纵所述多个开关元件以输送能量给所述输出接口时所述多个二极管的导电二极管两端的第二估计二极管电压；以及
把所述第二估计开关电压和所述第二估计二极管电压相加以获得所述估计能量输送电压。技术方案17 如技术方案12所述的方法，其中，所述占空度对应于1减去所述补偿占空度控制值，其中，按照所述占空度操纵所述多个开关元件以从所述输入接口输送能量到所述输出接口包括
确定脉宽调制指令信号，用于操纵所述多个开关元件以从连接到所述输入接口的交流电能源输送能量给连接到所述输出接口的直流电能源，持续一切换间隔的百分比，所述百分比等于所述占空度；以及
按照所述脉宽调制指令信号操纵所述多个开关元件。技术方案18 如技术方案12所述的方法，其中，确定所述输入电压基准包括 基于所述输出接口处的所述期望输出电压和所述输出接口处的所述测定电压确定所
述输入接口的输入功率基准；
基于所述输入功率基准确定输入电流基准；
基于所述输入电流基准与通过电并联连接到所述输入接口的电容元件的测定电流之间的差值确定感应器电流基准；从通过所述感应元件的所述电流中减去所述感应器电流基准以获得感应器电流误
差；
把所述感应器电流误差转换成输入电压误差；以及
把所述输入电压误差与所述输入接口处的测定电压相加以获得所述输入电压基准。技术方案19 一种电气系统，包括 直流电接口；
交流电接口；
具有磁性地与第二组绕组相连的第一组绕组的隔离模块； 连在所述直流电接口与所述第一组绕组之间的第一能量转换模块； 与所述第二组绕组相连的第二能量转换模块，所述第二能量转换模块包括多个开关； 连在所述第二能量转换模块与所述交流电接口之间的感应元件；以及与所述直流电接口、所述交流电接口、所述感应元件和所述第二能量转换模块相连的控制模块，其中，所述控制模块构造成
基于所述直流电接口处的测定电压、通过所述感应元件的测定电流和所述交流电接口处的测定电压确定用于在所述直流电接口处产生期望电压的输入电压基准；
基于通过所述感应元件的测定电流确定所述第二能量转换模块的估计累积电压损
耗；
把所述直流电接口处的所述测定电压和所述估计累积电压损耗相加以获得补偿输出电压；
基于所述输入电压基准和所述补偿输出电压确定用于操纵所述第一能量转换模块的补偿脉宽调制占空度控制值；以及
按照所述补偿脉宽调制占空度控制值操纵所述第二能量转换模块的多个开关。技术方案20 如技术方案19所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成 基于通过所述感应元件的所述测定电流确定所述第二能量转换模块的估计循环电
压；
从所述输入电压基准中减去所述估计循环电压以获得补偿输入电压基准；以及通过把所述补偿输入电压基准除以所述补偿输出电压以获得所述补偿脉宽调制占空度控制值。提供这个概要以用简化形式介绍原理的选择，这些原理在下面的详细说明中进一步说明。这个概要不是企图确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不是企图用作确定所要求保护主题的范围的帮助。
通过参考结合下列附图所考虑的详细说明和权利要求书可以得出对本主题更完整的理解，其中，在所有附图中，相同的附图标记代表相似的元件。图1是根据一种实施例的适于用在车辆中的电气系统的示意图2是根据一个实施例的适于与图1的电气系统一起使用的控制系统的框图；和图3是根据一个实施例的适于与图1的电气系统一起使用的控制过程的流程图。
具体实施例方式下列详细说明本质上仅仅是说明性的，并且不意图限制主题的实施例或这些实施例的应用和用途。这里使用的字词“示例性“意味着“用作范例、例子或实例“。这里描述的作为示例性的任何实施不一定要看作比其它实施更优选或有利。而且，不意图受到前述技术领域、背景技术、发明内容或下列详细说明中存在的明示或暗示理论的限制。这里论述的技术和原理总体上涉及能够从交流电(AC)接口输送能量到直流电 (DC)接口的电变换器。如下文更详细描述的，一种前馈控制方案用来基于该DC接口处的期望输出电压和该DC接口处的测定电压确定该AC接口处的输入电压的输入电压基准，并且基于该输入电压基准与该DC接口处的测定电压之比确定用于操纵该电变换器的脉宽调制(PWM)占空度控制值。在一个示例性实施例中，调整该输入电压基准和该测定电压从而补偿该电变换器的部件(例如开关和/或二极管)两端的电压(或可归因于这些部件的电压损耗)，采取的手段是以考虑部件功率损耗的方式减小PWM占空度控制值(并且由此提高能量输送占空度)。图1描述适于用在车辆例如电动和/或混合动力汽车中的电气系统100 (或者充电系统、充电器或充电模块))的一个示例性实施例。电气系统100包括但无限制，第一接口 102、第一能量转换模块104、隔离模块106、第二能量转换模块108、感应元件110、电容元件 112、第二接口 114和控制模块116。第一接口 102通常代表连接电气系统100到DC能源 118的物理接口(例如端子、接线器等等)，第二接口 114通常代表用于连接电气系统100到 AC能源120的物理接口(例如端子、接线器等等)。因此，为了方便起见，第一接口 102可以在这里称作DC接口，第二接口 114可以在这里称作AC接口。在一个示例性实施例中，控制模块116与能量转换模块104、108相连并且操纵能量转换模块104、108从AC能源120输送能量(或电力)到DC能源118以在DC接口 102处获得期望DC输出电压(V-)，如下文更详细描述的。在一个示例性实施例中，DC能源118 (或者储能源或ESS)能够从电气系统100接收特定DC电压电平(用箭头160表示)的直流电(用箭头150表示)。根据一个实施例，DC 能源118实现为可充电高电压电池组，其具有从约200至约500伏DC的额定DC电压范围。 在这点上，DC能源118可以包括用于车辆中的另一电气系统和/或电动机的初级能源。例如，DC能源118可以与构造成提供电压和/或电流到该电动机的功率变换器相连，该电动机随后可以接合变速器以传统方式驱动车辆。在其它实施例中，DC能源118可以实现为蓄电池、超级电容器或其他适当的储能元件。AC能源120 (或电源)构造成提供特定AC电压电平(用箭头180表示)的AC电流 (用箭头170表示)给电气系统100并且可以实现为电网内的(例如市电或网电)的用于大厦、住宅或别的建筑物的主电源或主电气系统。根据一个实施例，AC能源120包括单相电源，像大多数住宅建筑常用的，它根据地理区而变化。例如，在美国，AC能源120可以实现为60赫兹的120伏(RMS)或240伏(RMS)，而在其它区域，AC能源120可以实现为50赫兹的110伏(RMS)或220伏(RMS)。在替代实施例中，AC能源120可以实现为适合与电气系统100 —起工作的任何AC能源。如下文更详细描述的，DC接口 102与第一能量转换模块104相连，AC接口 114经由感应元件110与第二能量转换模块108相连。隔离模块106连接在能量转换模块104、108之间，并且在这两个能量转换模块104、108之间提供电流隔离。控制模块116与能量转换模块104、108相连并且操纵第二能量转换模块108把来自AC能源120的能量转换成穿过隔离模块106的高频率能量，然后由能量转换模块104转换成DC接口 102处的DC能量。应当理解，尽管为了解释，本主题可以在这里描述成电网到车辆应用的情况(例如AC能源120输送能量给DC能源118)，但是在其它实施例中，这里描述的主题可以实施和/或用在车辆到电网应用中(例如DC能源118输送能量给AC接口 114和/或AC能源120)。为了方便起见，但不是限制，在电网到车辆应用的情况中，AC接口 114可以在这里可替代地称作输入接口，DC接口 102可以在这里可替代地称作输出接口。为了给DC能源118输送能量(或充电)，第一能量转换模块104在节点122、124处把高频率能量转换成DC能量，在DC接口 102处提供给DC能源118。在这点上，当转换高频率AC能量成DC能量时，第一能量转换模块104操作成整流器。在该所示实施例中，第一能量转换模块104包括四个开关元件(9-12)，每个开关元件具有与相应的开关元件反并联配置的二极管(29-32)以适应双向能量输送。如图所示，电容器126与DC接口 102两端电并联配置以减小DC接口 102处的电压脉动，这将是本领域懂得的。在一个示例性实施例中，开关元件9-12是晶体管，并且可以使用任何适当的半导体晶体管开关实现，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、场效应晶体管(例如MOSFET等等)或本领域中已知的任何其它类似的装置。这些开关和二极管是反并联的，意味着开关和二极管是极性颠倒或相反的电并联。这个反并联配置允许在单向阻塞电压的同时获得双向电流，这将是本领域懂得的。在这个配置中，通过这些开关的电流方向与通过相应的二极管的容许电流的方向相反。这些反并联的二极管连接在每个开关的两端以提供到DC能源118 的电流的通道用于在相应的开关断开时对DC能源118充电。在该所示实施例中，开关9连在DC接口 102的节点128与节点122之间并且构造成在开关9合上时提供从节点1 到节点122的电流通道。二极管四连在节点122与节点1 之间并且构造成提供从节点122到节点128的电流通道(例如，二极管四反并联到开关9)。开关10连在DC接口 102的节点130与节点122之间并且构造成在开关10合上时提供从节点122到节点130的电流通道，而二极管30连在节点122与节点130之间并且构造成提供从节点130到节点122的电流通道。以类似的方式，开关11连在节点128与节点1 之间并且构造成在开关11合上时提供从节点1 到节点124的电流通道，二极管31 连在节点124与DC接口 102之间并且构造成提供从节点124到节点1 的电流通道，开关 12连在节点130与节点IM之间并且构造成在开关12合上时提供从节点124到节点130 的电流通道，二极管32连在节点124与DC接口 102之间并且构造成提供从节点130到节点124的电流通道。在一个示例性实施例中，第二能量转换模块108便于从AC能源120和/或感应元件110到隔离模块106的电流(或能量)的流动。在该所示实施例中，第二能量转换模块108 实现为前端单相矩阵转换模块，其包括八个开关元件1-8，每个开关元件具有与相应的开关元件反并联配置的二极管21-28，与上面关于第一能量转换模块104的陈述类似。为了方便起见，但不是限制，第二能量转换模块108可以在这里可替代地称作矩阵转换模块。如下文更详细描述的，控制模块116根据PWM占空度控制值调节(例如断开和/或合上)矩阵转换模块108的开关1-8以在节点134、136处产生高频率电压，这得到流向DC接口 102和/或DC能源118的用来在DC接口 102处获得期望输出电压的电力潮流。在图1所示实施例中，第一对开关1、2和二极管21、22连接在节点132与节点134 之间，第一对开关和反并联二极管(例如开关1和二极管21)配置成极性与第二对开关和反并联二极管(例如开关2和二极管22)的相反。这样，当开关1合上、接通或以其它方式触发且节点134处的电压比节点132处的电压正得更多时，开关1和二极管22构造成提供从节点134通过开关1和二极管22到节点132的电流通道。当开关2合上、接通或以其它方式触发且节点132处的电压比节点134处的电压正得更多时，开关2和二极管21构造成提供从节点132通过开关2和二极管21到节点134的电流通道。以类似的方式，第二对开关 3、4和二极管23、M连接在节点136与节点138之间，第三对开关5、6和二极管25 J6连接在节点132与节点136之间，第四对开关7、8和二极管27J8连接在节点134与节点138 之间。在所示实施例中，开关1、3、5和7包括能够在通过感应元件110的电流沿负方向流动(例如iz<0)时使从节点138到节点132的通过感应元件110 Ul)的电流(用箭头190 表示)整流换向的第一组开关，开关2、4、6和8包括能够在通过感应元件110的电流沿正方向流动(例如iz>0)时使从节点132到节点138的通过感应元件110的电流整流换向的第二组开关，如下文更详细描述的。换句话说，开关1、3、5、7能够传导沿负方向流动通过感应元件110的电流(例如iz<0)的至少一部分，开关2、4、6、8能够传导沿正方向流动通过感应元件110的电流(例如iz>0)的至少一部分。这里使用的“整流换向“应当理解为使通过感应元件110的电流循环通过矩阵转换模块108的开关和二极管从而使通过感应元件110 的电流的流动不中断的过程。在一个示例性实施例中，隔离模块106包括连接在第一能量转换模块104的节点 122、1M之间的第一组绕组144和连接在节点134、136之间的第二组绕组146。为了解释， 绕组146可以在这里涉及包括初级绕组级(或初级绕组)，且绕组144可以在这里涉及包括次级绕组级(或次级绕组)。绕组144、146提供以传统方式磁性地耦合形成变压器的感应元件，这将是本领域懂得的。在一个示例性实施例中，隔离模块106实现为高频率变压器。在这点上，隔离模块106包括为高频率(例如能量转换模块104、108的开关的切换频率(例如 50千赫兹))下的特定功率电平设计的变压器，引起变压器的实际尺寸比为较低频率(例如 AC能源120的频率(例如市电频率))下的相同功率电平设计的变压器更小。在一个示例性实施例中，感应元件110实现为电串联地配置在矩阵转换模块108 的节点132与AC接口 114的节点140之间的感应器。因此，为了方便起见，但不是限制，感应元件110在这里称作感应器。在电气系统100的工作期间，感应器110用作高频率感应储能元件。电容元件112实现为连接在AC接口 114的节点140与节点142之间的电容器， 也就是说，电容器112电平行于AC接口 114配置。电容器112和感应器110配合地构造成提供高频率滤波器以最小化由调节开关1-8所引起的AC接口 114处的电压脉动。控制模块116通常代表构造成操纵和/或调节能量转换模块104、108的开关以获得从AC能源120到DC能源118的期望电力潮流的硬件、固件和/或软件。依靠这个实施例，可以用通用处理器、微处理器、微控制器、按内容寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何适当的可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或这些的任何组合实施或实现控制模块116，设计成支持和/或执行本文描述的功能。
在电网到车辆应用的正常工作期间，控制模块116确定控制矩阵转换模块108的开关1-8的定时和占空度的PWM指令信号以在隔离模块106的初级绕组146的两端产生高频率AC电压。初级绕组146两端的高频率AC电压感应生成次级绕组144两端的节点122、 IM处的电压，这引起期望电流流向DC接口 102进行充电或以其它方式输送能量给DC能源118。如下文更详细描述的，控制模块116产生PWM占空度控制值，其控制开关1-8的占空度以在切换间隔(例如切换频率的倒数)期间实现合适的切换模式。在切换间隔(或PWM 循环)期间，控制模块116轮流地操纵开关1-8以使节点132、138实际上短路和在操纵开关 1-8以释放感应器110的储能和/或电压(可替代地，逆程电压)之前循环能量通过矩阵转换模块108以施加电压到感应器110的两端。逆程电压和AC接口 114处的输入电压180之和施加给隔离模块106的初级绕组146，得到向节点122、124和/或DC能源118的电力输送。这样，控制模块116操纵矩阵转换模块108的开关1-8，以轮流地循环能量通过感应器 110和输送能量给DC接口 102。如下文更详细描述的，矩阵转换模块108输送能量给DC接口 102的切换间隔(或PWM循环)的百分比对应于相应的切换间隔期间的矩阵转换模块108 的占空度。在一个示例性实施例中，控制模块116获得或以其它方式监测通过感应器110的电流190 (例如由电串联到感应器110的电流传感器得到的测定感应器电流(iz))、通过电容器112的电流(用箭头185表示)(例如由电串联到电容器112的电流传感器得到的测定电容器电流(in))、AC接口 114处的输入电压180和DC接口 102处的输出电压160，并且实施前馈控制系统以确定用于操纵矩阵转换模块108的开关1-8的PWM占空度控制值，如下文更详细描述的。在一个示例性实施例中，控制模块116获得感应器电流(iz)、电容器电流(ic)、输入接口 114处输入电压和输出接口 102处输出电压(D的测定瞬时值， 这些是在当前PWM循环期间的特定时间瞬间采样、测量或以其它方式获得的，其中，控制模块116确定的PWM占空度控制值支配下一 PWM循环期间的电变换器的工作。如下文更详细描述的，在一个示例性实施例中，控制模块116实现的前馈控制系统生成依比例决定的补偿PWM占空度控制值，采取的手段是当在输送能量与循环能量通过感应器110之间交替时考虑电气系统100的开关1-8和二极管21-32两端的电压损耗和/或能量损耗。应当理解，图1是为了解释而给出的电气系统100的简化表示，并且无论如何不企图限制本文所述主题的范围或适用性。因此，虽然图1描述电路元件和/或端子之间的直接电连接，但是替代实施例可以采用插入电路元件和/或部件，同时以基本上相同的方式运行。另外，虽然电气系统100在这里是在车辆的矩阵转换模块108的情况下描述的，但是本主题不意图限制在车辆和/或汽车应用，并且这里描述的主题可以实施在利用能量转换模块使用开关元件传递能量的其它应用中或者利用前馈控制方案通过把输入接口模拟成无损耗电阻而获得功率因数补偿的其它电气系统中。图2描述适于被图1的控制模块116使用的前馈控制系统200的示例性实施例。 控制系统200构造成计算或以其它方式确定用于操纵矩阵转换模块108的补偿PWM占空度控制值(仏)以在DC接口 102处提供期望DC输出电压(K-)。在这点上，补偿PWM占空度控制值(ip支配用于在下一 PWM循环(或切换间隔)期间操纵矩阵转换模块108的占空度 W)，这又支配矩阵转换模块108的开关1-8的相应定时和占空度用于实现期望切换模式。 补偿PWM占空度控制值是0与1之间的数值，等于1减去占空度(仏=1_ /)，或者，占空度等于1减去补偿PWM占空度控制值W=I-仏)。这样，占空度受补偿PWM占空度控制值的影响。在一个示例性实施例中，前馈控制系统200包括构造成基于第一输入端204处的期望能量输出与第二输入端206处的测定能量输出之间的差值产生输出能量误差值的第一求和框202。在一个示例性实施例中，基于期望DC输出电压(K-)例如通过使期望DC输出电压平方(K2-)计算或以其它方式确定DC接口 102处的期望能量输出，并且基于测定瞬时输出电压(Vbc)例如通过使测定瞬时输出电压平方(V2bcJ计算或以其它方式确定DC接口 102处的测定能量输出。输出能量误差值提供给功率调节框208的输入。功率调节框208 产生期望AC输入功率基准值用于基于输出能量误差值产生DC接口 102处的期望DC输出功率。在所示实施例中，期望AC输入功率基准值提供给电流转换框210，其把期望AC输入功率基准值转换成代表着AC接口 114处的用于产生期望AC输入功率必需的AC电流的 AC输入电流基准值。AC输入电流基准值对应于AC接口 114处的AC输入电流，其基本上与 AC接口 114处的AC输入电压180同相以提供大致整功率因数，同时产生期望AC输入功率。 在一个示例性实施例中，电流转换框210通过用AC接口 114处的测定AC电压180除以AC 接口 114处的均方根(RMS)电压的平方乘上AC输入功率基准值产生或以其它方式确定AC 输入电流基准值。在所示实施例中，第二求和框212构造成基于测定感应器电流(iz)与感应器电流基准值之间的差值产生或以其它方式提供感应器电流误差值。在一个示例性实施例中，第二求和框212估计或以其它方式确定感应器电流基准值为AC输入电流基准值与输入端216 处接收的测定电容器电流(im)之间的差值。第二求和框212从输入端214处接收的测定感应器电流(iz)中减去感应器电流基准值以产生或以其它方式获得感应器电流误差值，并且提供这个感应器电流误差值给增益框218，该增益框218使感应器电流误差值乘上增益系数以转变或以其它方式转换感应器电流误差值为AC输入电压误差值。第三求和框220 构造成通过把AC输入电压误差值加上在输入端222处提供的AC接口 114处测定AC电压 (^ AC)来产生AC输入电压基准值。如下文更详细描述的，从AC输入电压基准值中减去估计循环电压来调整AC输入电压基准值，其方式是在循环能量通过感应器110时补偿矩阵转换模块108的开关1-8和二极管21- 两端的功率损耗和/或电压。在所示实施例中，控制系统200包括除法框224，其构造成把来自第三求和框220 输出端的补偿AC输入电压基准值除以来自第四求和框230输出端的补偿DC输出电压基准值以获得输出端2 处的补偿PWM占空度控制值(ip。如下文更详细描述的，补偿DC输出电压基准值对应于在当前PWM循环期间在输入端2 处提供给第四求和框230的测定瞬时输出电压(‘)与能量转换模块104、108的开关1-8和二极管21-32两端的估计电压的总和。这样，在当前PWM循环期间，补偿DC输出电压基准值对应于矩阵转换模块108的输入端处的有效DC电压差值，也就是，节点132、138之间的有效DC电压差值。换句话说，补偿 DC输出电压基准值对应于感应器110读出的节点132、138之间的有效DC输出电压，其考虑能量转换模块104、108的部件两端的电压。在一个示例性实施例中，输入端2 处的测定瞬时输出电压(Ki)代表DC接口 102 处输出电压160的瞬时值，例如，在当前PWM循环(或当前切换间隔)期间测量或以其它方式获得的最近采样的输出电压160。在这点上，DC接口 102处的输出电压160包括DC电压分量和第二谐波AC输入频率下的AC电压分量，例如，对于与AC接口 114相连的60赫兹AC 能源120，DC电压有叠加的120赫兹AC电压。因此，使用测定瞬时DC输出电压来确定输出能量误差值(例如通过提供输入端206处的测定DC输出电压的平方)引入了由AC输入电压误差值反映出的谐波分量，这得到了在第三求和框220的输出端处的包含谐波分量的AC输入电压基准值。AC输入电压基准值除以包含测定瞬时DC输出电压的调整DC 输出电压实际上解除或以其它方式消除谐波分量对PWM占空度控制值(ip的影响。因此， 减小AC接口 114处的总谐波畸变。在一个示例性实施例中，控制系统200包括构造成基于输入端214处的测定感应器电流(iz)计算、确定或以其它方式估计提供给第四求和框230的当前PWM循环期间能量转换模块104、108的估计电压损耗以及提供给第三求和框220的当循环能量通过感应器 110时矩阵转换模块108的导电开关1-8和二极管21- 两端的估计循环电压的电压估计框232。在所示实施例中，电压估计框232包括构造成计算或以其它方式确定当矩阵转换模块108的单个开关1-8传导感应器电流(iz)时单个开关1-8两端的估计开关电压的开关电压估计框234。在这点上，估计开关电压对应于当开关1-8操作成输送能量给DC接口 102 时矩阵转换模块的导电开关两端的电压，如下文更详细描述的。根据一个实施例，估计开关电压是通过把开关1-8的额定通导电阻乘上感应器电流(iz)来确定的。在其它实施例中， 与流过导电开关(或被开关传导)的电流有关的约束开关两端的电压的函数可以凭经验确定并且用于估计测定感应器电流(iz)的开关电压。在实践中，开关的额定通导电阻或与传导电流有关的确定导电开关两端电压的函数还可以从开关制造商提供的数据单获得。增益框236把估计开关电压乘上2来获得当前PWM循环期间输送能量给DC接口 102时的总估计开关电压降，因为PWM循环期间输送能量给DC接口 102时矩阵转换模块108的两个开关传导感应器电流(iz)，如上所述和下文更详细描述的。这样，总估计开关电压降代表着在输送能量给DC接口 102时由矩阵转换模块108的开关1-8引起的在节点132与节点138之间的电压差的一部分。在一个示例性实施例中，电压估计框232还包括构造成计算或以其它方式确定当矩阵转换模块108的单个二极管21- 传导感应器电流(iz)时单个二极管21- 两端的估计二极管电压的二极管电压估计框238。在这点上，估计二极管电压对应于当开关1-8操作成输送能量给DC接口 102时电气系统100的导电二极管两端的电压。根据一个实施例，估计二极管电压是通过把二极管21- 的额定通导电阻乘上感应器电流(iz)来确定的。在其它实施例中，与流过导电二极管(或被二极管传导)的电流有关的约束二极管两端的二极管电压的函数可以凭经验确定并且用于估计测定感应器电流(iz)的二极管电压。在实践中， 开关的额定通导电阻或与传导电流有关的确定导电开关两端电压的函数还可以从二极管制造商提供的数据单获得。增益框240把估计二极管电压乘上4来获得输送能量给DC接口 102时的总估计二极管电压降，因为PWM循环期间输送能量给DC接口 102时矩阵转换模块108的二极管21- 中的两个二极管和第一能量转换模块104的二极管四-32中的两个二极管传导电流，如上所述和下文更详细描述的。在这点上，隔离模块106采用1:1的变流比，流过第一能量转换模块104的二极管四-32的电流基本上等于流过二极管21- 的电流(忽略任何电容和/或磁损)。因此，总的估计二极管电压降考虑了矩阵转换模块108的导电二极管21- 两端的电压和次级绕组144与DC接口 102之间的电压差的总和。这样，总的估计二极管电压降代表着在输送能量给DC接口 102时由矩阵转换模块108的二极管 21-28和隔离模块106 (或初级绕组146)引起的在节点132与节点13 之间的电压差的一部分。在所示实施例中，电压估计框232包括求和框M2，该求和框构造成把来自增益框 236输出端的总估计开关电压降加上来自增益框240输出端的总估计二极管电压降来获得估计总能量输送电压降，即输送能量给DC接口 102时节点132与节点138之间的估计有效电压差值。求和框242构造成从估计总能量输送电压降中减去估计总循环电压降以获得能量转换模块104、108的估计电压损耗，也就是当前PWM循环期间能量转换模块104、108的开关1-8和二极管21-32两端的估计电压。估计总循环电压降代表着在操纵矩阵转换模块108的开关1-8来循环能量通过感应器Iio时节点132与节点138之间的估计有效电压差值。在一个示例性实施例中，电压估计框232包括增益框M4，该增益框构造成把输入端214处的测定感应器电流(iz)乘以二分之一。在这点上，当矩阵转换模块108的开关1-8操作成循环能量通过感应器110时 (例如通过同时接通全部开关1-8)，感应器电流分开经过两组开关1-8，这些开关构造成允许往返于节点132与节点138之间沿适当方向的电流。循环电压估计框246构造成在循环能量通过感应器110的同时开关1-8和二极管21-28的组合传导感应器电流的一半时计算或以其它方式确定矩阵转换模块108的单个开关1-8和单个二极管21- 两端的估计组合电压，按照上文对开关电压估计框234和循环电压估计框246的情况描述的类似的方式。例如，可以基于额定开关通导电阻和感应器电流的一半确定估计开关电压降并且加上基于额定二极管通导电阻和感应器电流的一半确定的估计二极管电压降来获得估计组合电压降。 增益框248构造成把估计组合电压降乘上2来获得输送能量通过感应器110时的总估计循环电压降。例如，当朝着箭头190所标方向循环能量通过感应器110时，大约一半的感应器电流190从节点132通过开关2和二极管21传导给节点134，并且另一半感应器电流190 从节点132通过开关6和二极管25传导给节点136。类似地，一半的感应器电流190从节点134通过开关8和二极管27传导给节点138，并且另一半感应器电流190从节点136通过开关4和二极管23传导给节点138。因此，节点132与节点138之间的电压差等于两个开关2、8两端的电压与两个二极管21、27两端的电压(或者，开关4、6和二极管23、25)的总和，它们各自传导一半的感应器电流(iz)。这样，来自增益框248输出端的总估计循环电压降代表着PWM循环期间循环能量通过感应器110时节点132与节点138之间的估计有效电压差值。如上面陈述的，来自增益框248输出端的总估计循环电压降提供给第三求和框 220并且从AC输入电压基准(例如AC接口 114处的测定AC输入电压(Vj与AC输入电压误差值的总和)中减去该总估计循环电压降来获得补偿AC输入电压基准值。在这点上，从 AC输入电压基准中减去总估计循环电压降以考虑操纵矩阵转换模块108循环能量时节点 132与节点138之间的电压差。在一个示例性实施例中，还通过求和框242从估计总能量输送电压降(例如来自增益框236的总估计开关电压降与来自增益框MO的总估计二极管电压降的总和)中减去来自增益框248输出端的总估计循环电压降来获得当前PWM循环期间能量转换模块104、 108的部件两端的累积电压。在这点上，求和框242的输出代表着当前PWM循环期间能量转换模块104、108的开关1-8和二极管21-32两端的累积电压，也就是由能量转换模块104、 108的部件引起的累积电压损耗。求和框242的输出提供给绝对值框250，其确定总估计电压降的绝对值以确保提供给第四求和框230的值不为负。如上所述，能量转换模块104、108的部件引起的节点132、138之间的总估计电压差加到测定DC输出电压(Vbc)上来获得补偿DC输出电压基准值。这样，调整DC输出电压代表着来自感应器110的观察(即节点132、138之间)的估计有效DC输出电压，其考虑当前 PWM循环期间能量转换模块104、108的开关1-8和二极管21-32两端的电压。用除法框224 把来自第三求和框220输出端的补偿AC输入基准值除以来自第四求和框230输出端的补偿DC输出电压基准值以获得补偿PWM占空度控制值(ip，如上文所述。这样，补偿PWM占空度控制值(^)考虑当前PWM循环期间能量转换模块104、108的开关1-8和二极管21-32 两端的电压降。现在参照图3，在一个示例性实施例中，电气系统可以构造成执行控制过程300和下述的附加任务、功能及操作。可以由软件、硬件、固件或它们的任意组合来执行各种任务。 为了说明的目的，下列描述可以参考上文连同图1-2所提及的元件。在实践中，这些任务、 功能和操作可以由所述系统的不同元件例如控制模块116、控制系统200和/或矩阵转换模块108来执行。应当意识到，任何数量的附加或替换任务可以包含在内，并且可以并入具有本文未详细描述的附加功能的更全面的程序或过程中。参照图3，并且继续参照图1-2，在一个示例性实施例中，响应于控制模块116以固定定时间隔产生或以其它方式收到的中断请求执行控制过程300。例如，根据一个实施例， 控制模块116每隔20微秒接收中断信号，这促使控制模块116执行控制过程300。控制过程300预置或开始于获得针对输入接口处的输入电压、输出接口处的输出电压、通过电容器的电流和通过感应器的电流的测定值(任务302、304、306、308)。在这点上，控制模块116 和/或控制系统200获得针对AC接口 114处的输入电压180、DC接口 102处的输出电压 160、通过电容器112的电流185和通过感应器110的电流190的瞬时值，采取的手段是采样、传感或以其它方式测量当前PWM循环(或切换间隔)期间的相应值，得到测定AC输入电压(Κι)、测定DC输出电压(&)、测定电容器电流(ic)和测定感应器电流(iz)。在一个示例性实施例中，控制过程300继续识别或以其它方式确定输出接口处用于充电系统的期望输出电压(任务310)。例如，根据一个实施例，控制模块116可以响应于从与DC能源118有关的控制器(例如蓄电池控制器)接收表明期望DC输出电压(K-)的指令信号识别DC接口 102处的DC输出电压160的期望值(K-)。在另一实施例中，控制模块 116可以是预配置的或以其它方式假定期望DC输出电压160将总是等于恒值(例如用于DC 能源118的预期或期待电压)。在识别DC接口处的期望电压之后，控制过程300继续确定输入接口处的输入电压的输入电压基准以产生输出接口处的期望输出电压(任务312)。如上所述，在一个示例性实施例中，控制模块116和/或控制系统200基于期望DC输出电压的平方(K2-)与测定 DC输出电压的平方(Kl)之间的差值确定输出能量误差值，并且基于输出能量误差值生成用于产生DC接口 102处的期望电压(K-)的期望输入功率基准值。控制模块116和/或控制系统200把期望输入功率基准值转换成AC输入电流基准值，从AC输入电流基准值中减去测定电容器电流(im)以获得感应器电流基准值，并且从测定感应器电流(iz)中减去感应器电流基准值以获得感应器电流误差值。控制模块116和/或控制系统200把感应器电流误差值乘上增益系数以转变或以其它方式转换感应器电流误差值为AC输入电压误差值，把AC输入电压误差值加到测定AC输入电压(D上以获得AC输入电压基准值。本领域将意识到，可以选择或以其它方式选取增益系数以提供用于控制系统200的期望带宽。在一个示例性实施例中，控制过程300继续确定输出接口处用于产生期望输出电压的补偿输入电压基准(任务314)，其考虑能量转换模块的部件两端的电压。如上所述，在一个示例性实施例中，控制模块116和/或控制系统200通过确定矩阵转换模块108的开关1-8和二极管21- 两端的估计循环电压来确定补偿AC输入电压基准并且从AC输入电压基准值中减去估计循环电压以获得第三求和框220的输出端处的补偿AC输入电压基准值。在这点上，估计循环电压代表着在操纵矩阵转换模块108的开关S1-S8循环能量通过感应器110时矩阵转换模块108的输入节点132、138之间的估计电压差值。如上所述，在一个实施例中，控制模块116和/或控制系统200确定估计循环电压，采取的手段是基于测定感应器电流的一半(即iz/2)估计矩阵转换模块108的一个开关和矩阵转换模块108的一个二极管两端的电压、相加开关和二极管两端的估计电压以及把结果乘上2，因为当循环能量通过感应器110时两个开关和两个二极管往返于节点132与节点138传导感应器电流的一半。在一个示例性实施例中，控制过程300继续确定补偿输出电压基准(任务316)，其考虑能量转换模块的部件两端的电压。如上所述，在一个示例性实施例中，控制模块116和 /或控制系统200确定补偿DC输出电压基准，采取的手段是把当前PWM循环期间能量转换模块104、108的估计累积电压损耗加到测定瞬时输出电压上以获得第四求和框230 输出端处的补偿DC输出电压基准值。在一个示例性实施例中，控制模块116和/或控制系统200确定能量转换模块104、108的估计累积电压损耗，采取的手段是确定能量转换模块 104、108的部件两端的总估计能量输送电压并且从总估计能量输送电压中减去矩阵转换模块108的部件两端的总估计循环电压以获得求和框242输出端处的估计累积电压损耗。这样，在测定感应器电流(厶)的PWM循环期间，补偿DC输出电压基准值代表着矩阵转换模块 108输入端处的估计有效DC电压，也就是，感应器110输出端处的节点132、138之间的有效 DC电压。如上所述，根据一个实施例，估计能量输送电压对应于操纵开关1-8输送能量给 DC接口 102时矩阵转换模块108的开关两端的估计电压与输送能量给DC接口时能量转换模块104、108的二极管两端的估计电压的总和。控制模块116和/或控制系统200计算或以其它方式确定输送能量给DC接口 102时的总估计开关电压降，采取的手段是估计矩阵转换模块108的导电开关两端的电压降(或电压损耗)并且把估计开关电压降乘上2，如上所述。按照类似的方式，控制模块116和/或控制系统200计算或以其它方式确定输送能量给DC接口 102时的总估计二极管电压降，采取的手段是估计矩阵转换模块108的导电二极管两端的电压降(或电压损耗)并且把估计二极管电压降乘上4。因此，总估计能量输送电压代表着输入节点132、138之间的电压差与DC接口 102处的输出电压之间的差值，或者换句话说，是从感应器110观察到的输入节点132、138处的有效输出电压的一部分，其归因于输送能量给DC接口 102时能量转换模块104、108的开关和二极管两端的电压降(或电压损耗)。
再次参照图3，并且继续参照图1-2，控制过程300继续基于补偿输入电压基准与补偿输出电压基准的比值确定补偿PWM占空度控制值(任务318)。如上所述，在一个示例性实施例中，控制模块116和/或控制系统200把来自第三求和框220输出端的补偿AC输入电压基准值除以来自第四求和框230输出端的补偿DC输出电压基准值以获得输出端228 处的补偿PWM占空度控制值(ip。这样，补偿PWM占空度控制值(ip考虑PWM循环期间能量转换模块104、108的开关1-8和二极管21-32两端的电压。在一个示例性实施例中，控制过程300继续基于矩阵转换模块的补偿PWM占空度控制值确定用于操纵矩阵转换模块的开关的PWM指令信号和根据PWM指令信号操纵矩阵转换模块的开关(任务320、322)。在这点上，控制模块116确定下一 PWM循环期间用于操纵开关1-8的PWM指令信号，从而在下一 PWM循环期间，矩阵转换模块108以等于1减去补偿 PWM占空度控制值(￠/=1- )的占空度W)从AC接口 114输送能量到DC接口 102。在下一 PWM循环期间，控制模块116根据PWM指令信号操纵矩阵转换模块108的开关1_8从AC接口 114输送能量到DC接口 102，持续的PWM循环的百分比对应于占空度W)。在这点上，控制模块116操纵矩阵转换模块108的开关1-8以循环或以其它方式环流感应器电流通过矩阵转换模块108而不输送能量给DC接口 102，持续的PWM循环的百分比对应于补偿PWM占空度控制值(^)。例如，再次参照图1，当AC接口 114处的电压为正时，控制模块116同时合上(或接通)开关2、4、6和8以循环或以其它方式环流感应器电流(iz)通过矩阵转换模块108，持续的第一时间段G1)对应于PWM循环的第一部分。开关2和6以及二极管21和25都传导节点132处的感应器电流(iz)的至少一部分，开关8和4以及二极管27和23都传导分别流过开关2和6以及二极管21和25的感应器电流的一部分到节点138。控制模块116随后打开 (或断开)开关6和8，同时保持开关2和4处于合上状态以从节点132传导感应器电流(J1) 通过初级绕组146到节点138并且在初级绕组146的两端施加电压，由此输送能量到DC接口 102(经由次级绕组144和能量转换模块104)，持续的第二时间段( 2)对应于PWM循环的第二部分。控制模块116然后同时合上(或接通)开关2、4、6和8以循环或以其它方式环流感应器电流(iz)通过矩阵转换模块108，持续的第三时间段( 3)对应于PWM循环的第三部分。 控制模块116随后打开(或断开)开关2和4，同时保持开关6和8处于合上状态以从节点132 传导感应器电流(iz)通过初级绕组146到节点138并且在初级绕组146的两端施加电压，由此输送能量到DC接口 102(经由次级绕组144和能量转换模块104)，持续的第四时间段( 4) 对应于PWM循环的剩余部分。这四个时间段的总和对应于PWM循环的持续时间，其中，第一时间段与第三时间段的总和除以这四个时间段的总和对应于补偿PWM占空度控制值(例如
^V = . ..7.....—........),第二时间段与第四时间段的总和除以这四个时间段的总和对应于
t, + +1, +1,
I,+1,
占空度(例如rf )。
f -■-( + 广-1 ；反之，当AC接口 114处的电压为负时，控制模块116同时合上(或接通)开关1、3、 5和7以循环或以其它方式环流感应器电流(iz)通过矩阵转换模块108，持续第一时间段 (G)。控制模块116随后打开(或断开)开关5和7，同时保持开关1和3处于合上状态以
20从节点138传导感应器电流(iz)通过初级绕组146到节点132并且在初级绕组146的两端施加电压，由此输送能量到DC接口 102 (经由次级绕组144和能量转换模块104)，持续第二时间段( 2)。控制模块116然后同时合上(或接通)开关1、3、5和7以循环或以其它方式环流感应器电流(厶)通过矩阵转换模块108，持续第三时间段( 3)，并且随后打开(或断开) 开关1和3，同时保持开关5和7处于合上状态以从节点138传导感应器电流(iz)通过初级绕组146到节点132并且在初级绕组146的两端施加电压，由此输送能量到DC接口 102 (经由次级绕组144和能量转换模块104)，持续第四时间段( 4)。如上文陈述的，这四个时间段的总和对应于PWM循环持续时间，其中，第一时间段与第三时间段的总和与PWM循环持续时间之比对应于补偿PWM占空度控制值，并且第二时间段与第四时间段的总和与PWM循环持续时间之比对应于占空度W)。再次参照图3，控制过程300可以在电气系统100的整个工作期间重复以产生DC 接口 102处的期望DC输出电压。在这点上，当在一个PWM循环期间按照占空度W)操纵矩阵转换模块108输送能量到DC接口 102时，控制模块116和/或控制系统200重复控制过程300以确定用于下一 PWM循环的补偿PWM占空度控制值，等等。简短概述的话，上述系统和/或方法的一个优点在于，可以利用前馈控制系统操纵矩阵转换模块以获得期望DC输出电压，同时获得大致整功率因数和AC输入处的低的总谐波畸变。如上所述，能量转换模块的开关和二极管两端的估计累积电压损耗加到测定DC 输出电压上，这又增大占空度(或减小占空度控制值)用于以考虑由开关和二极管所引起的损耗的方式操纵矩阵转换模块。因此，提高前馈控制系统的准确性和动态性能。为了简短起见，本文可能不详细描述与电能和/或功率转换、充电系统、功率变换器、脉宽调制(PWM)以及系统(以及系统的各个操作部件)的其它功能方面相关的传统技术。 此外，本文包含的各个图中示出的连接线用来代表各个元件之间的示例性功能关系和/或物理连接。应当注意，在本主题的实施例中可以存在许多替代的或附加的功能关系或物理连接。这里可以从功能和/或逻辑框部件的角度描述技术和工艺，并且参照对操作、处理任务和可以由各个计算部件或设备执行的功能的符号表示。应当意识到，图中示出的各个框部件可以通过构造成执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现。 例如，系统或部件的一个实施例可以采用各种集成电路元件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、对照表等等，它们可以在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行各种功能。上文描述涉及“连通“或“连接“在一起的元件或节点或特征。除非另外特意指出，本文使用的“连通“指的元件/节点/特征直接连接到(或直接通讯)另一元件/节点 /特征，并且不一定是机械地。同样地，除非另外特意指出，"连接"指的元件/节点/特征直接或间接地连接到(或直接或间接地通讯)另一元件/节点/特征，并且不一定是机械地。因此，虽然这些图可能描述元件的示例性布置或电路元件之间的直接电连通，但是附加的介入元件、装置、器件或部件可以存在于所述主题的实施例中。此外，这里也可以使用某些术语仅仅为了作参考，因此不用作限制。涉及结构的措词“第一“、“第二 “及其它这种数值项不暗示序列或顺序，除非上下文明显地指出。本文使用的"节点"意味着任何内部或外部基准点、连接点、交点、信号线、导电元件等等，在这个位置出现一定的信号、逻辑级、电压、数据模式、电流或参量。此外，可以通过一个物理元件实现两个或更多节点(并且，能够多路传输、调制或以其它方式区别两个或更多信号，尽管是在同一节点接收或输出)。 尽管在前面详细描述中已经给出了至少一种示例性实施例，但应当意识到，还存在许许多多的变形。还应当意识到，本文描述的这个示例性实施例或这些实施例都不意图以任何方式限制本所要求保护主题的范围、适用性或配置。相反地，前面的详细描述是给本领域技术人员提供了实施所描述的这个实施例或这些实施例的便利路径。应当理解，在不脱离权利要求所限定的范围的情况下，可以对元件的功能和布置做出多种改变，这个范围包括在提交本专利申请时的已知等同和可预见等同。
权利要求
1.一种电气系统，包括 输入接口 ；输出接口 ；连接在所述输入接口与所述输出接口之间的第一能量转换模块，所述第一能量转换模块包括一个或多个开关元件；电串联连接在所述输入接口与所述第一能量转换模块之间的感应元件；以及连接到所述第一能量转换模块和所述感应元件的控制模块，其中，所述控制模块构造成确定用于操纵所述第一能量转换模块的补偿占空度控制值以在所述输出接口处产生期望电压，其中，所述补偿占空度控制值受通过所述感应元件的电流的影响并且考虑操纵所述第一能量转换模块时所述一个或多个开关元件两端的电压；并且以受所述补偿占空度控制值影响的占空度操纵所述第一能量转换模块的所述一个或多个开关元件以输送能量给所述输出接口。
2.如权利要求1所述的电气系统，其中，所述控制模块连接到所述输入接口和所述输出接口，并且构造成获得所述输出接口处的测定输出电压；基于所述测定输出电压确定用于操纵所述第一能量转换模块的输入电压基准以产生所述输出接口处的所述期望电压；至少部分基于通过所述感应元件的电流调整所述测定输出电压以获得补偿输出电压；以及至少部分基于所述输入电压基准和所述补偿输出电压确定所述补偿占空度控制值。
3.如权利要求2所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成在确定所述补偿占空度控制值之前至少部分基于通过所述感应元件的所述电流调整所述输入电压基准。
4.如权利要求3所述的电气系统，其中所述控制模块至少部分基于通过所述感应元件的所述电流调整所述输入电压基准以获得补偿输入电压基准；并且所述控制模块构造成把所述补偿输入电压基准除以所述补偿输出电压以获得所述补偿占空度控制值。
5.如权利要求2所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成基于通过所述感应元件的所述电流确定所述第一能量转换模块的估计电压损耗；以及通过把所述估计电压损耗加到所述测定输出电压上而增大所述测定输出电压以获得所述补偿输出电压。
6.如权利要求1所述的电气系统，还包括 连接到所述输出接口的第二能量转换模块；以及连接在所述第一能量转换模块与所述第二能量转换模块之间的隔离模块，所述隔离模块在所述第一能量转换模块与所述第二能量转换模块之间提供电流隔离。
7.如权利要求6所述的电气系统，其中，所述控制模块连接到所述输入接口和所述输出接口，并且构造成获得所述输出接口处的测定输出电压；基于通过所述感应元件的所述电流确定所述第一能量转换模块的估计电压损耗； 把所述估计电压损耗加到所述测定输出电压上以获得补偿输出电压； 基于所述测定输出电压确定用于操纵所述第一能量转换模块的输入电压基准以产生所述输出接口处的所述期望电压；以及至少部分基于所述输入电压基准和所述补偿输出电压确定所述补偿占空度控制值。
8.如权利要求7所述的电气系统，其中，所述控制模块构造成基于通过所述感应元件的所述电流确定所述第一能量转换模块的估计循环电压，所述估计循环电压可归因于操纵所述第一能量转换模块的所述一个或多个开关元件以循环能量通过所述感应元件；从所述输入电压基准中减去所述估计循环电压以获得补偿输入电压基准；以及把所述补偿输入电压基准除以所述补偿输出电压以获得所述补偿占空度控制值。
9.一种方法，用于使用连接在输入接口与输出接口之间的能量转换模块从所述输入接口输送能量到所述输出接口，所述能量转换模块包括与感应元件相连的多个开关元件，所述方法包括获得所述输出接口处的测定电压； 获得通过所述感应元件的电流；基于通过所述感应元件的所述电流确定所述能量转换模块的估计电压损耗； 把所述测定电压和所述估计电压损耗相加以获得补偿输出电压； 确定用于在所述输出接口处产生期望输出电压的输入电压基准； 以受所述输入电压基准和所述补偿输出电压影响的方式确定补偿占空度控制值；以及按照受所述补偿占空度控制值影响的占空度操纵所述多个开关元件以从所述输入接口输送能量到所述输出接口。
10.一种电气系统，包括 直流电接口；交流电接口；具有磁性地与第二组绕组相连的第一组绕组的隔离模块； 连在所述直流电接口与所述第一组绕组之间的第一能量转换模块； 与所述第二组绕组相连的第二能量转换模块，所述第二能量转换模块包括多个开关； 连在所述第二能量转换模块与所述交流电接口之间的感应元件；以及与所述直流电接口、所述交流电接口、所述感应元件和所述第二能量转换模块相连的控制模块，其中，所述控制模块构造成基于所述直流电接口处的测定电压、通过所述感应元件的测定电流和所述交流电接口处的测定电压确定用于在所述直流电接口处产生期望电压的输入电压基准；基于通过所述感应元件的所述测定电流确定所述第二能量转换模块的估计累积电压损耗；把所述直流电接口处的所述测定电压和所述估计累积电压损耗相加以获得补偿输出电压；基于所述输入电压基准和所述补偿输出电压确定用于操纵所述第一能量转换模块的补偿脉宽调制占空度控制值；以及按照所述补偿脉宽调制占空度控制值操纵所述第二能量转换模块的多个开关。
全文摘要
本发明涉及对电变换器非线性的补偿，提供用于从输入接口输送能量给输出接口的系统和方法。电气系统包括输入接口、输出接口、该输入接口与该输出接口之间的能量转换模块、该输入接口与该能量转换模块之间的感应元件以及控制模块。该控制模块确定用于操纵该能量转换模块的补偿占空度控制值以在该输出接口处产生期望电压并且以受该补偿占空度控制值影响的占空度操纵能量转换模块以输送能量给该输出接口。该补偿占空度控制值受通过该感应元件的电流的影响并且考虑操纵能量转换模块时一个或多个开关元件两端的电压。
文档编号H02M7/217GK102468772SQ201110349850
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者A. 卡霍克 L., 佩里西克 M., M. 兰索姆 R. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司